공간계획 시뮬레이션 시스템 개발에 관한 연구
A Study on the Development of a BIM-based Spatial Planning Simulation System for Architectural Planning Stage Support
최선영* Choi, Sun-Young / 최주원** Choi, Ju-Won / 김주형*** Kim, Ju-Hyung / 김재준**** Kim, Jae-Jun
1. 서론
1.1 연구의 배경 및 목적
건축기획단계는 건축 프로젝트의 성격을 규정하고 방향을 설정하는 과 정이다. 또한 다양한 관련 분야의 정보를 수집·분석하여 프로젝트 진행 중의 위험을 미리 방지하고 더불어 건축주의 요구에 맞는 구체적이며 세 부적인 서비스를 제공하는 업무를 수행 한다(박일우 외, 2001).
이 단계에서는 발주자는 불확실한 정보를 근거로 하여 구조, 마감, 설비, 토목, 조경 등 각 분야를 대상으로 다양한 의사결정을 진행하며, 건축물 을 대상으로 한 의사결정은 단계가 진행 될수록 정보의 구체성에 따라 건축 프로젝트 참여자들에 의해 상세화되어 진행된다. 이때 초기단계의 의사결정은 프로젝트 전체에 걸쳐 가장 큰 파급효과를 가질 뿐만 아니 라, 후속적으로 진행되는 의사결정의 평가기준이 된다(서정규 외, 2010).
그러나 이러한 건축기획단계의 중요성에 비해 프로젝트 참여자가 정보 를 수집, 처리, 저장하여 재사용 혹은 참고하여 새로운 의사결정을 수행 하는 것이 미흡하다. 이는 그 업무가 방대하고 명확하지 않은 기획단계 의 경우 많은 참여자가 있음에도 불구하고, 주요한 기획업무의 경우 소
수 전문가의 경험 및 직관에만 의존해왔기 때문이다(함남혁, 2009). 따 라서 기획단계에서 생성된 정보를 체계적으로 관리하고 참여자들의 주 요 의사결정을 지원하기 위한 방안을 마련할 필요가 있다.
최근 건축물의 생애주기 동안 생성되는 정보의 통합관리 및 재사용을 지 원하기 위한 개념으로 BIM이 등장하였으며, 설계 및 시공 분야에서의 BIM 적용이 활발히 이루어지고 있다. 그러나 건축기획단계의 경우 아직 미흡한 실정이다.
이에 본 연구는 기획단계에서 공간 및 비용 등을 사전에 검토하고 참여 자들의 의사결정을 지원하기 위한 BIM 기반 시뮬레이션 시스템을 개발 하는 것을 목적으로 하였다.
* 정회원, 한양대학교 대학원 건축공학과 석사과정, [email protected]
** 정회원, 한양대학교 대학원 건축공학과 석사과정, [email protected]
*** 정회원, 한양대학교 건축공학부 교수, 공학박사, [email protected]
**** 정회원, 한양대학교 건축공학부 교수, 공학박사 [email protected]
건축 프로젝트의 기획단계는 타 단계에 비해 프로젝트의 비용이나 성과에 미치는 영향력이 매우 크다. 또한 최근 건설프로젝트의 대형화·복합화 추세 에 따라 건축 기획의 중요성은 더욱 증가하고 있다. 그럼에도 현재 기획단계의 업무는 체계적으로 관리되지 못하고 있는 실정이다. 이에 본 연구는 공간 계획 및 검토, 비용검토, 발주자 요구사항 관리 등의 건축기획단계 업무를 지원하기 위한 BIM 기반의 시뮬레이션 시스템을 개발하는 것을 목적으로 하 였다.
본 시스템은 공간 객체의 모델링뿐만 아니라, 객체 정보를 기반으로 하여 계획의 변경에 따른 공간면적 및 배치, 비용 등을 즉각적으로 검토할 수 있어 여러 대안의 검토가 용이하다. 또한 건축물 모델의 시각화된 정보와 정량적인 데이터를 제공함으로써 발주자와의 의사소통 도구로 사용할 수 있으며, 본 시스템에서 생성된 정보를 후속 단계로 전달하여 활용이 가능하다. 시스템을 이용하여 건축기획단계를 비롯한 프로젝트 전체의 업무를 지원하고 나 아가 건축 프로세스의 선진화에 기여할 수 있을 것으로 생각된다.
키워드 : 건축기획단계, BIM, 공간계획, 시뮬레이션 시스템 요약
1.2 연구의 범위 및 방법
건축기획단계를 지원하는 BIM 기반 시뮬레이션 시스템 개발을 위해 본 연구는 다음과 같이 진행되었다.
1) 문헌을 통해 건축기획단계의 개념 및 이를 지원하기 위한 BIM의 역할을 분석하고, 건축 프로젝트 초기 단계의 업무를 지원하는 상용 도구들을 살펴보았다.
2) 본 연구에서 제시하고자 하는 공간계획 시뮬레이션 시스템의 개발 방향 및 주안점을 도출하였다.
3) 공간계획 시뮬레이션 시스템을 구축하고 건축기획단계를 지원하 기 위한 주요 기능들을 구현하였다.
2. 문헌고찰
2.1 건축기획단계와 BIM
건축기획단계의 역할과 문제점에 대해서는 많은 논의가 되어왔다. 박동 진(2010)은 건축기획단계의 주요 업무로 관련자의 의사결정, 사업타당 성 검토, 목적물에 대한 요구사항, 초기 공간계획 업무 등을 제시하였다..
Gibson외 3인(2006)은 초기 기획 프로세스와 관련된 프로젝트 분석을 통해 초기 기획단계의 업무에 대해 언급하고 기획단계가 프로젝트 성과 에 미치는 영향을 증명하였다.
함남혁(2009)은 최근 건설 프로젝트가 갈수록 대형화 · 복합화 됨에 따 라 건축 기획의 중요성은 더욱 커졌으나, 현재는 기획 업무가 체계적으 로 관리되고 있지 못하다는 문제점을 지적했다.
이러한 기획단계의 업무에 BIM을 활용하면 건축기획단계에서 프로젝트 와 관련된 정보들을 종합적으로 파악하여 최적의 계획안을 도출하고, 기 획단계의 업무를 체계적으로 관리할 수 있게 된다.
그림1.은 전체 프로젝트에 대한 건축기획단계의 영향력과 BIM 프로세 스를 나타내고 있다.
건축기획단계에서 BIM의 역할 및 효과를 살펴보면 다음과 같다. 먼저 시 각적 검토를 통한 원활한 의사소통이다. 기본 계획 검토에 있어서 BIM의 활용은 기존의 2D 계획 검토의 업무를 3D 기반으로 전환시킴에 따라 의 사소통의 효율성을 높일 수 있다. BIM 모델을 통해 발주자, 설계자 및 관 련 참여자들의 계획에 대한 이해도를 높일 수 있으며, 계획안의 발전에 즉각적이고 지속적으로 대응하여 일관성 있고 질 높은 계획을 수행할 수 있다.
또한 BIM을 적용함으로써 개략 공사비 산정의 근거를 마련할 수 있다.
공사비 산정을 위한 근거 데이터를 위해 BIM 모델이 만들어지고, BIM 모델의 각 요소가 지닌 정보를 근거로 하여 개략공사비를 산정하게 된 다. 발주자 요구 등에 의해 계획이 수정될 경우, BIM 모델을 수정하면 수 정 사항이 반영된 개략 공사비를 즉각적으로 산출할 수 있다.
프로젝트에 대한 발주자의 이해도가 증가하는 것도 BIM의 효과이다. 발 주자는 전문적인 지식이 부족하기 때문에 프로젝트 초기에 의사결정을 내릴 때 일반적으로 어려움을 겪는다. 이 때 BIM은 기획단계에서 발주자 와 설계자의 의사소통도구로서 여러 가지 대안 비교를 가능하게 하며 정 량적인 데이터를 제공하여, 발주자의 정확한 의사 결정과 프로젝트 이해 도 증진을 지원한다(김상현, 2009).
2.2 공간계획 관리 시스템
최근 특정 단계나 분야의 설계정보를 관리하는 전문도구들이 개발되 고 있다. 공간계획과 관련해서는 미 육군 시설물의 요구사항 미 공간계 획을 지원하는 FacilityComposer와 Revit 및 ArchiCAD 등의 add-on 을 제공하는 Trelligence 사의 Affinity가 대표적인 예이다. Affinity는 발 주자 브리핑용 도구로서 프로젝트 관리, 개략적 3D 모델링, 분석 및 파 일 추출 등의 기능을 수행한다. 웹서비스 형태로 구동되는 ONUMA사 의 OPS(Onuma Planning System)는 온라인상에서 글로벌 협업체계 를 지원하는 도구로 최근 주목을 받고 있다. OPS는 프로젝트 생성 및 Schematic 디자인 업무를 수행하고 사이트 및 공간 생성을 위한 기획 디 자인 지원 도구로써 Google Earth와 연동 가능하다. ArchiCAD는 3D 객체를 기반으로 한 건축물 디자인 업무와 Rendering 이미지를 지원하 며, 애니메이션 및 시공 시뮬레이션 기능을 수행한다. 3D 통합 형태를 생 성하고 Rendering 기능을 지원하는 From Z와 Skech-up 등의 도구들도 상용화되어 있다. 또한 IFC-BIM을 기반으로 설계상의 오류나 결함을 찾 아내는 Solibri사의 Model Checker와 싱가폴 정부의 건설청에서 도입한 건축민원 및 법규검토를 위한 CORENET/ePlanCheck 시스템은 대표적 인 계획정보 관리도구의 예로 들 수 있다.
그러나 대부분의 프로그램들이 디자인 모델링을 위해 공간 객체를 생성 하는 프로그램이며, 국내 실정과는 맞지 않는 부분이 있고 법규검토 기 능이나 Unit별 비용 분석 기능은 가지고 있지 않다.
그림 2. 공간계획 관리의 상용기술현황
따라서 본 연구에서는 3D 공간 객체 모델링과 함께 객체를 기반으로 공 간 요구사항 및 비용 검토를 수행하는 시스템을 개발하고자 한다.
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그림 3. VA-Cityplanner 시스템 구성도
그림 4. Database Physical E-R(Entity-Relation) Diagram
BIM 프로세스 하에서는 생성된 정보의 효율적 관리 및 재사용이 큰 의 미를 갖는다. 이렇듯 공간 정보를 공유하고 공간 정보의 일관성을 유지 하여 정보의 활용성을 향상하기 위해서는 객체를 기반으로 정보가 다루 어져야 한다. 따라서 본 시스템에서는 공간객체의 물리적 정보와 기능적 정보를 이용하여 공간 및 비용검토를 수행하도록 하였다.
3.2 정보의 효율적 관리
객체기반 모델링과 더불어 정보를 효율적으로 관리하기 위하여 타 분 야 및 시스템과 연계되도록 하였다. 공간 정보를 Microsoft Access Database와 연동하여 관리함으로써 타 전문분야 및 프로젝트 참여자들 과 정보를 공유하고 체계적으로 관리할 수 있는 근거를 마련하였다. 또 한 시스템에서 생성한 공간 정보를 기본설계 단계의 AutoCAD, Revit Architecture와 같은 상용 CAD도구와 연계시킴으로써 정보의 재사용 이 가능하도록 하였다. 더불어 시스템에서 보고서를 생성하여 이를 통해 프로젝트 참여자들 간의 의사소통을 원활하게 하였다.
위 사항들을 고려하여 나타낸 시스템의 구성도는 그림 3.과 같다.
본 시스템을 기본설계와 연계하기 위해 시스템 상에서 설정하는 공간 객 체의 물리적·기능적 정보들을 VC-DB에 저장하도록 하였다. 공간계획 데이터베이스는 VC_PROJECTINFO, VC_SITEINFO, VC_BUILDING, VC_
FLOORINFO, VC_SPACEINFO 테이블로 구성되어 공간계획시 발생하 는 정보를 관리한다. 이 외에 VC_MATERIAL_FUNCTION_MAP, VC_
MATERIAL_SYSTEM, VC_MATERIAL_CONTENTS 테이블은 건축물의 재료시스템과 관련된 정보를 관리하며 공간 정보과 연계되어 개략공사 비 산출 기능을 지원한다. 데이터베이스 테이블 구성은 그림 4.와 같다.
4.2 시스템 개발
본 시스템은 OpenGL을 기반으로 국내에서 보편적으로 사용되는 Microsoft windows 환경에서 동작하도록 구성되었다. 프로젝트 구동에 필요한 기반 데이터로 Microsoft Excel과 3D Studio파일을 활용하여 사 용자 편의에 중점을 두고 개발되었다.
5. 공간계획 시뮬레이션 시스템의 주요기능
5.1 공간계획 및 비용검토
공간계획 시뮬레이션 시스템을 이용하여 건축기획단계에서 공간계획 및 비용검토를 수행할 수 있고. 이를 토대로 다수의 대안검토 및 의사결 정을 할 수 있다.
건축물의 수직 및 수평동선 계획, 평면 및 입면 등의 계획, 마감 재료 계 획 등을 통해 공간계획을 실시하며, 비용 측면에서는 마감공사비와 그 외 공사비로 나누어 산출한다.
5.3 기본설계단계와의 호환
완성된 건축모델은 프로젝트 개요, 건축물 용도, 건축물 규모, 공간계획 등의 정보를 포함하며, 이를 기본설계단계에서 활용하기 위해 기본설계 단계의 BIM 기반 Design Tool로 연계하였다.
Revit Architecture 프로그램의 Add-on 기능을 개발하여, 시스템의 VC-DB에 저장된 건축 모델의 정보를 가져올 수 있다. 건축 모델 정보는
최초로 Revit Architecture 프로그램을 통해 연계되고, 이후 AutoCAD 및 ArchiCAD로 연계할 수 있어 기본설계단계의 Design Tool에서 활용 할 수 있다.
6. 결론
본 연구는 건축기획단계에 BIM을 적용하여 공간정보를 체계적으로 관리 하고 이를 근거로 한 참여자 간 의사결정을 지원하는 공간계획 시뮬레이 션 시스템을 개발하는 것을 목적으로 하였다. 주요 내용은 다음과 같다.
1) 건축기획단계의 업무와 문제점, BIM 적용의 필요성을 도출하였 고, 현재 상용화된 건축 초기단계의 관리 시스템들을 분석하였다.
2) 이를 토대로 하여 시스템의 개발방향 및 주안점으로 객체기반 모 델링과 정보의 효율적 관리를 설정하였고, 범용성을 고려하여 시스 템을 개발하였다.
3) 시스템은 공간 및 비용계획 검토, 보고서 작성을 통한 참여자 간 의사결정, 상용 CAD 시스템과의 호환을 통한 기본설계단계와의 연 동 등의 기능을 수행하며 건축기획단계의 주요 업무를 지원한다.
개발된 시스템을 이용하여 건축기획단계의 업무와 관련 정보들을 보다 체계적으로 관리하고, 프로젝트 참여자들에게 근거 있고 정확한 정보를 제공함으로써 프로젝트 초기단계의 의사결정을 지원할 수 있을 것으로 기대된다.
5.2 보고서 작성
기획단계에서 프로젝트 참여자 간의 커뮤니케이션이나 후속단계로의 정보 전달을 위해서는 건축기획단계에서 검토한 사항들을 문서화하는 것은 매우 중요한 작업이다.
따라서 본 시스템에서는 시스템에 입력한 정보나 공간계획을 통해 생성 된 정보를 이용해 보고서를 작성하여 발주자와의 브리핑 등에 활용하며, 기본설계단계에서 설계 기준 역할을 하도록 하였다. 사업개요나 발주자 요구사항 리스트를 비롯하여 층별 공간리스트와 개략공사비 보고서 등 을 작성할 수 있다.
그림 5. 공간 계획
그림 6. 대안 검토
그림 8. Revit Architecture의 건축모델
그림 9. AutoCAD에서 건축모델 확인
그림 7. 개략공사비 보고서 출력
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아가 건축 프로젝트의 통합 프로세스 구축에 대한 연구가 수행되어야 할 것으로 생각된다.
감사의 글
본 논문은 국토해양부가 출연하고 한국건설교통기술평가원에서 위탁 시행한 건설기술혁신사업의 지원에 의한 결과의 일부임. 과제 번호: 06 첨단융합E01
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The planning stage of an architectural project has much more significant effects on the cost or outcome of the project than other stages of the project. In addition, the importance of architectural planning has been further increasing according to the recent trend of construction projects becoming larger in scale and more complex. In spite of this, the current situation is that the planning stage work is not being systematically managed. Accordingly, the purpose of this study was to develop a BIM-based simulation system for providing support during architectural planning stage such as spatial planning & review, cost review, project owner requirements management, etc.
It is easy to review various alternatives using this system that allows not only the modeling of space object modeling but also the instantaneous review of spatial area & layout, cost, etc. based on object information. In addition, it can be used as a communication tool with the project owner as it provides the visualized information and quantitative data of the building model, and the information created through this system can be delivered to the following stage for usage. It is thought that using this system, the entire project work including the architectural planning stage can be supported and even contributing to the advancement of architectural process.
Keywords : Pre-design Phase, BIM, Space Programming, Simulation System Abstract
